中心議題：

• 分析常用溫度測量技術及其接口電路
• 了解熱敏電阻器
• 利用電阻溫度探測器

溫度是實際應用中經常需要測試的參數，從鋼鐵製造到半導體生產，很多工藝都要依靠溫度來實現，溫度傳感器是應用係統與現實世界之間的橋梁。本文對不同的溫度傳感器進行簡要概述
，並介紹與電路係統之間的接口。圖1：熱敏電阻器的電阻/溫度曲線。

溫度測量應用非常廣泛，不僅生產工藝需要溫度控製
，有些電子產品還需對它們自身的溫度進行測量，如計算機要監控CPU的溫度，馬達控製器要知道功率驅動IC的溫度等等，下麵介紹幾種常用的溫度傳感器。

熱敏電阻器

用來測量溫度的傳感器種類很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負溫度係數(NTC)，也就是說溫度下降時它的電阻值會升高。在所有被動式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度(即溫度每變化一度時電阻的變化)最高
，但熱敏電阻的電阻/溫度曲線是非線性的。 表1是一個典型的NTC熱敏電阻器性能參數
，這些數據是對圖2：熱敏電阻測量溫度的典型電路。Vishay-Dale熱敏電阻進行量測得到的，但它也代表了NTC熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個比率形式給出(R/R25)，該比率表示當前溫度下的阻值與25℃時的阻值之比
，通常同一係列的熱敏電阻器具有類似的特性和相同電阻/溫度曲線。以表1中的熱敏電阻係列為例，25℃時阻值為10KΩ的電阻
，在0℃時電阻為28.1KΩ，60℃時電阻為4.086KΩ；與此類似
，25℃時電阻為5KΩ的熱敏電阻在0℃時電阻則為 14.050KΩ。 圖1是熱敏電阻的溫度曲線，可以看到電阻/溫度曲線是非線性的。雖然這裏的熱敏電阻數據以10℃為增量
，但有些熱敏電阻可以以5℃甚至1℃為增量。如果想要知道兩點之間某一溫度下的阻值
，可以用這個曲線來估計

，也可以直接計算出電阻值，計算公式如下： 這裏T指開氏絕對溫度，A


、B
、C、D是常數
，根據熱敏電阻的特性而各有不同

，這些參數由熱敏電阻的製造商提供。

 熱敏電阻一般有一個誤差範圍
，用來規定樣品之間的一致性。根據使用的材料不同
，誤差值通常在1%至10%zhijian。youxieremindianzushejichengyingyongshikeyihuhuan，yongyubunengjinxingxianchangtiaojiedechanghe，liruyitaiyiqi，yonghuhuoxianchanggongchengshizhinenggenghuanremindianzuerwufajinxingxiaozhun，zhezhongremindianzubiputongdejingduyaogaohenduo，yeyaoguideduo。

圖2是利用熱敏電阻測量溫度的典型電路。電阻R1將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓，一般它與ADC的參考電壓一致，因此如果ADC的參考電壓是5V，Vref也將是5V。熱re敏min電dian阻zu和he電dian阻zu串chuan聯lian產chan生sheng分fen壓ya，其qi阻zu值zhi變bian化hua使shi得de節jie點dian處chu的de電dian壓ya也ye產chan生sheng變bian化hua
，該gai電dian路lu的de精jing度du取qu決jue於yu熱re敏min電dian阻zu和he電dian阻zu的de誤wu差cha以yi及ji參can考kao電dian壓ya的de精jing度du。
[page]
◆自熱問題

youyuremindianzushiyigedianzu
，dianliuliuguotashihuichanshengyidingdereliang，yincidianlushejirenyuanyingquebaolashengdianzuzugouda
，yifangzhiremindianzuzireguodu，fouzexitongceliangdeshiremindianzufachudere，erbushizhouweihuanjingdewendu。

熱敏電阻消耗的能量對溫度的影響用耗散常數來表示
，它指將熱敏電阻溫度提高比環境溫度高1℃所需要的毫瓦數。耗散常數因熱敏電阻的封裝
、管腳規格、包封材料及其它因素不同而不一樣。

係統所允許的自熱量及限流電阻大小由測量精度決定
，測量精度為±5℃的測量係統比精度為±1℃測量係統可承受的熱敏電阻自熱要大。

yingzhuyilashengdianzudezuzhibixujinxingjisuan，yixiandingzhenggeceliangwendufanweineideziregonghao。geidingchudianzuzhiyihou，youyuremindianzuzuzhibianhua，haosangonglvzaibutongwenduxiayeyousuobutong。

有時需要對熱敏電阻的輸入進行標定以便得到合適的溫度分辨率，圖3是一個將10～40℃溫度範圍擴展到ADC整個0～5V輸入區間的電路。運算放大器輸出公式如下：

yidanremindianzudeshurubiaodingwanchengyihou
，jiukeyiyongtubiaobiaoshichushijidianzuyuwendudeduiyingqingkuang。youyuremindianzushifeixianxingde
，suoyixuyaoyongtubiaobiaoshi
，xitongyaozhidaoduiyingmeiyigewenduADC的值是多少，表的精度具體是以1℃為增量還是以5℃為增量要根據具體應用來定。

 ◆累積誤差

用熱敏電阻測量溫度時
，在輸入電路中要選擇好傳感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些場合需要精度為1%的電阻，而有些可能需要精度為0.1%的電阻。在任何情況下都應用一張表格算出所有元件的累積誤差對測量精度的影響，這些元件包括電阻、參考電壓及熱敏電阻本身。

如ru果guo要yao求qiu精jing度du高gao而er又you想xiang少shao花hua一yi點dian錢qian，則ze需xu要yao在zai係xi統tong構gou建jian好hao後hou對dui它ta進jin行xing校xiao準zhun
，由you於yu線xian路lu板ban及ji熱re敏min電dian阻zu必bi須xu在zai現xian場chang更geng換huan，所suo以yi一yi般ban情qing況kuang下xia不bu建jian議yi這zhe樣yang做zuo。在zai設she備bei不bu能neng作zuo現xian場chang更geng換huan或huo工gong程cheng師shi有you其qi它ta方fang法fa監jian控kong溫wen度du的de情qing況kuang下xia，也ye可ke以yi讓rang軟ruan件jian建jian一yi張zhang溫wen度du對dui應yingADC變(bian)化(hua)的(de)表(biao)格(ge)，這(zhe)時(shi)需(xu)要(yao)用(yong)其(qi)它(ta)工(gong)具(ju)測(ce)量(liang)實(shi)際(ji)溫(wen)度(du)值(zhi)

，軟(ruan)件(jian)才(cai)能(neng)創(chuang)建(jian)相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)表(biao)格(ge)。對(dui)於(yu)有(you)些(xie)必(bi)須(xu)要(yao)現(xian)場(chang)更(geng)換(huan)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)的(de)係(xi)統(tong)，可(ke)以(yi)將(jiang)要(yao)更(geng)換(huan)的(de)元(yuan)件(jian)(傳感器或整個模擬前端)在出廠前就校準好

，並把校準結果保存在磁盤或其它存儲介質上，當然，元件更換後軟件必須要能夠知道使用校準後的數據。圖4：RTD與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。

總的來說
，熱敏電阻是一種低成本溫度測量方法，而且使用也很簡單
，下麵我們介紹電阻溫度探測器和熱電偶溫度傳感器。

電阻溫度探測器

電阻溫度探測器(RTD)實際上是一根特殊的導線，它的電阻隨溫度變化而變化
，通常RTD材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。RTD元件可以是一根導線，也可以是一層薄膜，采用電鍍或濺射的方法塗敷在陶瓷類材料基底上。 RTD的電阻值以0℃阻值作為標稱值。0℃ 100Ω鉑RTD電阻在1℃時它的阻值通常為100.39Ω，50℃時為119.4Ω

，圖4是RTD電阻/溫度曲線與熱敏電阻的電阻/溫度曲線的比較。 RTD的誤差要比熱敏電阻小，對於鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，RTD與熱敏電阻的接口電路基本相同。
[page]
熱電偶

熱電偶由兩種不同金屬結合而成
，它受熱時會產生微小的電壓

，電壓大小取決於組成熱電偶的兩種金屬材料

，鐵-康銅(J型)、銅-康銅(T型)和鉻-鋁(K型)熱電偶是最常用的三種。圖5：熱點偶溫度測量接口電路。 熱電偶產生的電壓很小，通常隻有幾毫伏。K型熱電偶溫度每變化1℃時電壓變化隻有大約40μV

，因此測量係統要能測出4μV的電壓變化測量精度才可以達到0.1℃。

youyuliangzhongbutongleixingdejinshujiehezaiyiqihuichanshengdianweicha，suoyiredianouyuceliangxitongdelianjieyehuichanshengdianya。yibanbalianjiedianfangzaigerekuaishangyijianxiaozheyiyingxiang，shilianggejiedianchuyitongyiwenduxia，congerjiangdiwucha。youshihouyehuicelianggerekuaidewendu

，yibuchangwendudeyingxiang(圖5)。

測量熱電偶電壓要求的增益一般為100到300，而er熱re電dian偶ou擷xie取qu的de噪zao聲sheng也ye會hui放fang大da同tong樣yang的de倍bei數shu。通tong常chang采cai用yong測ce量liang放fang大da器qi來lai放fang大da信xin號hao，因yin為wei它ta可ke以yi除chu去qu熱re電dian偶ou連lian線xian裏li的de共gong模mo噪zao聲sheng。市shi場chang上shang還hai可ke以yi買mai到dao熱re電dian偶ou信xin號hao調tiao節jie器qi，如ru模mo擬ni器qi件jian公gong司si的deAD594/595，可用來簡化硬件接口。

固態熱傳感器
最簡單的半導體溫度傳感器就是一個PN結，例如二極管或晶體管基極-發射極之間的PN結。如果一個恒定電流流過正向偏置的矽 PN結，正向壓降在溫度每變化1℃時會降低1.8mV。很多IC利用半導體的這一特性來測量溫度，包括美信的MAX1617、國半的LM335和LM74 等等。半導體傳感器的接口形式多樣
，從電壓輸出到串行SPI/微線接口都可以。

溫度傳感器種類很多
，通過正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應用的傳感器。